ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ ФИТОПАТОГЕННАЯ МИКРОФЛОРА ИНОЗЕМЦЕВА Лариса Олеговна к

ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ. ФИТОПАТОГЕННАЯ МИКРОФЛОРА ИНОЗЕМЦЕВА Лариса Олеговна, к. м. н. , доцент

Экология от греч. “ойкос” - жилище, “логос” - наука - биологическая наука, изучающая отношение организмов или их групп с окружающей средой. • Выделяют экологию: - человека - животных - растений - микроорганизмов

Экосистема – это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом. Самая большая экосистема - биосфера Земли Д алее по уменьшению: суша океан тундра, тайга, лес, озеро… пень, горшок с цветами. . . организм человека или животного… Свойства экосистемы: способность к самовоспроизведению, устойчивость и целостность. Если не вмешиваться в жизнь экосистемы, она будет самостоятельно существовать и развиваться

Обитатели экосистемы (экологической ниши) (по Виноградскому, 1925 г. ) Автохтонные(облигатные, индигенные) микроорганиз мы - типичные обитатели данной экосистемы (например, почвы, кишечника), присутствуют там всегда. Их наличие обусловлено более или менее постоянным присутствием питательных веществ, характерных для данной экосистемы. Аллохтонные (факультативные, транзиторные) - чуждые данной экосистеме микроорганизмы, которые присутствуют в ней временно. Их наличие зависит от случайного повышения концентрации питательных веществ или от добавления определенных субстратов.

Внутри каждой экологической ниши различают: БИОТОПЫ (bios – жизнь, topos – место) – участки, места обитания тех или иных микроорганизмов и БИОЦЕНОЗЫ, МИКРОБИОЦЕНОЗЫ – совокупность популяций разных видов микроорганизмов, обитающих в данном биотопе. Микробиоценозы составляют бактерии, грибы, актиномицеты, микроскопические низшие водоросли, простейшие, вирусы и т. д.

Классификация биотических взаимодействий 1. Нейтрализм - ни одна популяция не влияет на другую. 2. Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса для другого организма. 3. Паразитизм - один организм (паразит) живёт за счёт другого (хозяина), тесно связан в своём жизненном цикле. 4. Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником). 5. Симбиоз - сожительство двух организмов разных видов при котором организмы приносят другу пользу.

Различают следующие типы симбиоза: Комменсализм – форма симбиоза, при которой один из сожительствующих видов получает какую либо пользу, не принося другому виду ни вреда, ни пользы. Такая связь представлена следующими типами: нахлебничество, квартирантство , сотрапезничество. Мутуализм – одна из форм симбиоза, при которой имеется глубокая зависимость друг от друга совместно обитающих популяций, когда продукт жизнедеятельности одного вида используется другим в качестве источника питания. Например, аммонифицирующие бактерии разлагают белки с образованием аммонийных солей, которые служат источником питания для нитрифицирующих бактерий.

Кроме симбиотических отношений микроорганизмы внутри биотопа жёстко конкурируют между собой, поскольку обитающие в конкретном биоценозе микробы обладают принципиально сходными потребностями в источниках энергии и питания. Одно из проявлений конкуренции – микробный антагонизм. Микробы-антагонисты обладают способностью подавлять рост других микробов продуктами метаболизма - антибиотическими веществами. Антагонизм между культурами одного и того же вида не наблюдается. Этот признак показателен, строго постоянен и легко воспроизводим.

Микроорганизмы обеспечивают круговорот веществ в природе повторяющиеся процессы превращения и перемещения химических элементов, имеющие более или менее выраженный циклический характер. • Значение микроорганизмов в круговороте веществ в природе: поддержание динамического равновесия биосферы

Значение микроорганизмов в круговороте веществ в природе: 1. Круговорот АЗОТА: азотфиксирующие и клубеньковые бактерии. Значение: обогащают почву связанным азотом и способствуют ее плодородию. Обеспечивают гниение. 2. Круговорот ВОДОРОДА: водородные бактерии – хемолитоавтотрофы. Значение: получения кормового белка, а также ряда органических соединений (кислоты, аминокислоты, витамины, ферменты) 3. Круговорот КИСЛОРОДА: фотосинтезирующие бактерии (цианобактерии и прохролофиты). 4. Круговорот СЕРЫ: серобактерии образуют используемые растениями сульфаты, бактерии гниения разлагают останки животных 5. Круговорот УГЛЕРОДА в природе: 1) потребление углекислоты атмосферного воздуха аутотрофными микробами; 2) возвращение и пополнение запасов углекислоты в атмосфере. 6. Круговорот ЖЕЛЕЗА, ФОСФОРА и т. д.

Микрофлора почвы • • • Почва - основное место обитания микробов. Состав микрофлоры складывается из многих тысяч видов бактерий, грибов, простейших и вирусов. Количество микробов зависит от состава почв и ряда других факторов: в одном грамме пахотной почвы может содержаться до 10 млрд. микроорганизмов. Сапрофиты ( “гнилое растение”) - микроорганизмы, живущие за счет мертвых органических субстратов. В процессе самоочищения почвы и кругооборота веществ принимают участие также нитрифицирующие, азотфиксирующие, денитрифицирующие и другие группы микроорганизмов. Патогенные микроорганизмы попадают в почву с выделениями людей и животных (калом, мочой, мокротой, слюной, гноем, потом и др. ), а также с трупами. Дольше всего в почве сохраняются спорообразующие патогенные микроорганизмы- возбудители сибирской язвы, столбняка, газовой гангрены, ботулизма. Сапронозы могут автономно обитать в почве и воде и быть связанными с почвенными и водными организмами. Почва и вода в случае сапронозов источника заражения животных и людей.

Санитарно-бактериологическое исследование почвы Краткий анализ Полный анализ Цель исследован ия • Осуществлении текущего санитарного надзора • Оценка санитарного состояния почвы • Оценка пригодности почвы для размещения жилья, детских учреждений, водопроводных сооружений и т. д. • Эпидемиологические исследования Показатели Определение ОМЧ, колититра и коли-индекса, постановка перфрингенстеста, определение термофильных и нитрифицирующих бактерий Дополнительно определяют присутствие: актиномицетов, грибов, сальмонелл, шигелл, возбудителей столбняка, ботулизма, бруцеллеза, сибирской язвы

Микрофлора воды Вода - древнейшее место обитания микроорганизмов. Автохтонная микрофлора представлена микроорганизмами, постоянно живущими и размножающимися в воде Аллохтонная попадает в водоемы из почвы, воздуха, организмов животных и человека и резко изменяет микробный биоценоз и санитарный режим. Пресноводные водоемы и реки отличаются богатой микрофлорой. Состав микроорганизмов различен на поверхности воды и на дне водоемов. Наиболее обильно заселена микроорганизмами вода на глубине 10 -100 см. В более глубоких слоях их количество значительно снижается. Ключевые воды и воды артезианских колодцев наиболее чисты. . В морской воде, в том числе на глубинах в несколько тысяч метров, обитают галофильные виды микробов (солелюбивые)

Микрофлора воды Состав микрофлоры воды зависит: • от состава и концентрации минеральных и органических веществ • температуры • р. Н • скорости движения воды • массивности поступления ливневых, фекально-бытовых промышленных сточных вод. и Вода - неблагоприятная среда для существования условно-патогенных и патогенных микроорганизмов, но отдельные их представители способны существовать в ней определенное время: • Годы - споры возбудителя сибирской язвы • Несколько месяцев - энтеровирусы, сальмонеллы, лептоспиры • Несколько недель - возбудители холеры, дизентерии, бруцеллы.

Санитарно-бактериологическое исследование воды Вода имеет существенное значение в эпидемиологии кишечных инфекций. Их возбудители могут попадать с испражнениями во внешнюю среду (почву), со сточными водами - в водоемы и в некоторых случаях - в водопроводную сеть. Санитарно- гигиеническое состояние воды оценивается по показателям коли- титр и коли- индекс, а также общее количество микроорганизмов в мл. Коли-индекс - количество E. coli в 1 литре воды, коли-титр - наименьшее количество воды, в котором обнаруживается одна клетка кишечной палочки. общее количество микроорганизмов количество всех микроорганизмов в 1 л воды

Микрофлора воздуха Воздух как среда обитания менее благоприятен, чем почва и вода. В нем мало питательных веществ, а солнечные лучи и высушивание вызывают гибель микробов. Главным источником загрязнения воздуха микроорганизмами является почва, меньше - вода. В видовом отношении преобладают кокки, споровые бактерии, грибы, актиномицеты. Особое значение имеет микрофлора закрытых помещений, обсемененность которых зависит от качества уборки помещения, уровня инсоляции, числа людей в помещении, частоты проветривания и т. д. Воздушно- капельным путем (за счет образования стойких аэрозолей) распространяются многие респираторные инфекции (грипп, коклюш, дифтерия, корь, туберкулез и др. ).

Санитарно-бактериологическое исследование воздуха Седиментационный метод. Основан на оседании бактериальных частиц и капель под влиянием силы тяжести на поверхности агара открытых чашек Петри Для определения микробного числа подсчитывают колонии выросшие на чашках Петри (площадь поверхности агара в чашке равна 75 см 2 ) и расчет ведут по правилу В. Л. Омелянского: на поверхность площадью 100 см 2 за 5 мин оседает такое количество микробов, которое содержится в 10 л воздуха. А х 100 Х = ———— 75 см 2 Х - количество микробов в 1 м 3; А - количество колоний на агаре в чашке Петри. Аспирационный метод. Основан на принудительном оседании микроорганизмов на поверхность плотной питательной среды или в улавливающую жидкость. Для этой цели используются аппарат Кротова, бактериоуловитель Речменского, прибор ПОВ-1 и др.

Микрофлора человека и ее значение Ребенок развивается в организме матери в норме в стерильных условиях. Формирование новой экологической системы “организм человека + населяющая его микрофлора” начинается в момент рождения. Ее основу составляет микрофлора матери и окружающей ребенка внешней среды (прежде всего воздуха). В течение короткого времени кожные покровы и слизистые оболочки, сообщающиеся со внешней средой, заселяются разнообразными микроорганизмами. В формировании микрофлоры детей первого года существенную роль имеет естественное (грудное) вскармливание. Нормальная (т. е. в условиях здорового организма) микрофлора в количественном и качественном отношении представлена на различных участках тела (биотопах) неодинаково. Причины - неодинаковые условия обитания.

БИОТОПЫ человеческого организма Кожа Дыхательные пути Мочеполовой тракт Желудочно- кишечный тракт Характер истика биотопа Наиболее благоприятные участки - Сальноволосяные фолликулы Слизистые гортани, трахеи, бронхов и альвеол стерильны. Обсеменены носоглотка и зев Обсеменены влагалище, передний отдел уретры. Верхние отделы стерильны Представ ители микрофл оры S. Epidermidis S. saprophyticus, грибы рода Candida, Propionibacteriu m acnes (имеют значение в развитии юношеских угрей) зеленящие стрептококки, нейссерии, дифтероиды и стафилококки. молочнокислые Наиболее палочки заселенный биотоп Додерлейна (лактобактерии), стафилококки и дифтероиды Ротовая полость, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник

Микрофлора человека и ее значение Микрофлора может быть разделена на индигенную (аутохтонную, облигатную, постоянную) и транзиторную (непостоянную). Состав микрофлоры контролируется макроорганизмом с помощью: • Механических факторов (десквамация эпителия, удаление секретами…) • Химических факторов (желудочный сок, желчные кислоты, щелочная среда кишечника…) • Бактерицидных секретов • Иммунных механизмов На слизистых оболочках, особенно ЖКТ, представители нормальной микрофлоры обитают в виде двух форм- часть из них располагается в просвете (просветная), другая заключена в мукозный пристеночный матрикс, образующий биопленку (пристеночная микрофлора). С ней связана колонизационная резистентность.

Колонизационная резистентность - устойчивость к заселению посторонней флорой. Механизмы К. Р. • микробы биопленки препятствуют адгезии посторонних микробов (патогенных и условно-патогенных) • синтез веществ индигенными микроорганизмами, подавляющих рост патогенных микробов (органических кислот, бактерицинов…) – микробный антагонизм • конкуренция за источник питания

БИОТОПЫ желудочно-кишечного тракта Ротовая полость Пищевод, желудок, тонкий кишечник Толстый кишечник Характери стика биотопа Густонаселенный биотоп. Способствуют: • наличие пищевых остатков • щелочная реакция сред • оптимальная температура Основная локализация – зубная бляшка (налет), десневые карманы Пищевод – практически более 250 видов, общая биомасса стерилен. микробов может достигать 1, 5 кг. В желудке с кислой реакцией среды и в верхних отделах тонкой кишки количество микроорганизмов не превышает 1000 в мл Представи тели микрофло ры Анаэробы – бактероиды, превотеллы, фузобактерии, лактобактерии, лептотрихии, пептострептококки, вейлонеллы и т. д. Аэробы и факультативные анаэробы – стрептококки, стафилококки, микрококки, нейссерии, спирохеты, грибы рода Кандида, простейшие и т. д. лактобациллы, энтерококки, дрожжи, бифидобактерии, E. coli. В желудке - кампилобактерии бесспоровые анаэробные бактери: бифидобактерии, бактероиды, фузобактерии, лактобактерии, эубактерии, пропионобактерии, пептострептококки и т. д. и аэробные и факультативно анаэробные бактерии: энтеробактерии, энтерококки, стафилококки, и грибами (Кандида)

Функции нормальной микрофлоры Нормальная микрофлора и особенно микрофлора толстого кишечника оказывает существенное влияние на организм. Основные ее функции: - защитная (антагонизм к другим, в том числе патогенным микробам), в т. ч. – колонизационная резистентность; - иммуностимулирующая (антигены микроорганизмов стимулируют развитие лимфоидной ткани); - пищеварительная (холестерина и желчных кислот, водно-солевой обмен, регуляция газового состава и др. ); - метаболическая (синтез витаминов группы В: В 1 , 2, 6, 12, К, никотиновой, пантотеновой, фолиевой кислот) - детоксикационная Гнотобионты (безмикробные животные) используются для изучения роли микроорганизмов в функционировании физиологических систем. Гнотобиологические технологии используют для лечения иммунодефицитов, ожогов.

Дисбактериозы В результате воздействий, снижающих естественную резистентность (тяжелые инфекционные и соматические заболевания), нерациональном антибиотикотерапия, неправильное питание и др. возникают дисбактериозы. Дисбактериоз - изменения количественного и качественного состава микрофлоры, главным образом кишечника. Сопровождается снижением концентрации индигенных микробов и увеличением факультативно- анаэробной (грамотрицательных палочек - кишечной палочки, протея, псевдомонад), стафилококков, грибов рода Candida. В крайних случаях – транслокация в другие биотопы Наиболее тяжелые формы дисбактериозов - стафилококковые пневмонии, колиты и сепсис, кандидомикозы, псевдомембранозный колит, вызываемый Clostridium difficile. Для лечения используют биопрепараты, восстанавливающие нормальную микрофлору- эубиотики- колибактерин (используют специальный штамм E. coli, антогонист шигелл), лактобактерин, бифидумбактерин, бификол, бактисубтил и другие, пробиотики, а также специальные бактериофаги.

Микрофлора растений • Нормальная микрофлора – Антагонистична фитопатогенной флоре – Усиливает иммунитет растений – Зависит от вида, возраста растения, типа почвы, температуры окружающей среды – Синтезируют БАВ (витамины, антибиотики и др. ) – Находится в в сибиотических отношенияях с растением • Биотопы: листья, стебли, семена, корни – Эпифитная флора - населяет поверхность растения (грам(-) палочки: Erwinia, Pseudomonas, Bacillus и др. ) – Микрофлора ризосферы (вокруг корней), ризопланы (поверхность корня)

Комплексное взаимодействие микроорганизмов и растений Ризосферная зона растений содержит грам(-) неспорообразующие бактерии рода Pseudomonas, микобактерии и грибы, главным образом базидиомицеты. Грибы образуют симбиоз с корнями растений, называемый микоризой. Почвенные микроорганизмы оказывают большое влияние на рост и развитие растений. При этом происходит непрерывная борьба за источники питания и кислород.

ФИТОПАТОГЕННЫЕ БАКТЕРИИ Бактериозы - болезни, вызываемые бактериями (псевдомонадами, бациллами, микобактериями, коринебактериями, агробактериями, эрвиниями и т. д. ) Бактериозы – общие (вызывают гибель всего растения или его отдельных частей) и местные (ограничиваются поражением отдельных участков растения) Источник инфекции - зараженные семена или больное растение, почва, вода, воздух.

Фитопатогенные бактерии Виды бактериозов – гнили, некроз тканей, увядание растений, развитие опухолей и. д.

Фитопатогенные вирусы и грибы • Вирусы - возбудители мозаики и желтухи, представители семейства Reoviridae • Грибы - рода Penicillium, Fusarium, Aspergillis, Claviceps (спорынья) (опасно для человека – микотоксикозы)

Принципиально: В результате заражения у больных растений происходит нарушение обменных процессов вплоть до качественных изменений клеточных структур. Это приводит к изменению химического состава тканей и снижению содержания активных веществ. Использование их в качестве сырья в аптечных условиях становится невозможным. Растительный организм обладает защитными механизмами, противодействующими внедрению и размножению фитопатогенных бактерий. К ним можно отнести особенности покровных тканей, высокую кислотность клеточного сока, образование биологически активных веществ – фитонцидов, подавляющих развитие микроорганизмов.

Жизнь в бульках жидкого асфальта На карибском острове Тринидад находится самое большое на Земле озеро горячей газированной смолы, размером с Ватикан. Оно имеет бесспорное вулканическое происхождение, подогрев поступает из-под океанского дна. Колоритные негритянские дядьки, орудуя чем Бог дал, добывают из озера по имени Питч дармовой строительный материал.

Секрет привлекательности черного пекла в том, что в кипящей смоле живут бактерии-экстремофилы, по 10 миллионов бодрых микробов на каждый грамм булькающего асфальта. Температура их среды обитания — полсотни градусов по Цельсию. Свободной воды, без которой жизнь — не жизнь, в вязкой смоле крайне мало, но организмы сами ее вырабатывают, не дыша при этом кислородом, а «переваривая» металлы и углеводороды.

Жизнь в радиоактивных отходах Казалось бы, что может быть страшнее ионизирующего излучения, рассекающего живую плоть на свободные радикалы. Но если доза радиации 10 грей способна убить человека, то бактерия Деинококкус Радиодуранс способна принять 5000 грей без видимого ущерба для себя. И даже 15 тысяч грей не могут лишить ее радости жизни.

За это микроб занесен почетным чемпионом в Книгу рекордов Гиннеса. Секрет его живучести — непрерывное создание копий собственной ДНК. Пока радиолучи убивают один геном бактерии, включается другой. Из-за этого отдельные клетки деинококков способны жить практически вечно — пока хватает радиоактивных отходов на завтрак, обед и ужин.

Жизнь после стерилизации Может ли Земля заразить своими микроорганизмами другую планету или спутник? Оказывается, да. Все, что отправляется в Космос, должно быть стерильным — приборы, агрегаты, воздух внутри звездолета. . Поэтому все, что создается в лабораториях НАСА, особенно детали космических зондов, подвергается жесткой санитарной обработке — плазмой и радиацией. Затем приборы хранятся в совершенно стерильных помещениях, «чистых комнатах» , но всё равно на них находят микробов.

Эти презирающие смерть бактерии обладают очень умеренным аппетитом, поэтому «любят чистоту» . Их уже насчитали 193 вида, потенциальных космических «зайцев» . Для того, чтобы не брать в расчет при изучении образцов грунта далеких безжизненных планет.

Жизнь в Мертвом море Мужчина, мирно почитывающий журнальчик, лежа на поверхности Мертвого моря, даже не подозревает, что в крепком рассоле, держащем его тело на плаву, живутпоживают галофильные микробы. Эти бактерии очень крепкие. Им нипочем не только концентрированный раствор соли, но также вакуум да сверхнизкие температуры, как в Космосе.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!